膨胀剂对混凝土性能的影响研究

2021-11-24刘菡

商品与质量 2021年25期

刘菡

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在传统的混凝土结构施工中，水泥以及粘土制品比如说砖以及加气混凝土在世界各地的建筑工程中得到了较为广泛的应用，同时其生产能源消耗巨大以及排放出大量的二氧化碳，目前一种全新的混凝土引起了人们的关注，在混凝土之中加入膨胀剂促使混凝土在泡沫剂的影响下，使得体内出现了大量的气孔。

1 膨胀剂概述

自密实混凝土（Self Compacting Concrete，简称SCC）最早是上世纪八十年代中期由日本研究人员Okamura进行试验研究得出，他在进行试验之后得出了SCC的配合比，并成功将其制备出来。SCC具有免于振捣，降低噪音，同时避免混凝土分布不均等问题。Frank Dehn对SCC进行配合比调整试验之后，了解到添加粉煤灰能够促进SCC早期强度发展。

混凝土中掺加膨胀剂制成补偿收缩混凝土是目前工程中最常用的从材料角度抑制混凝土收缩变形的措施之一，不仅在隧道、桥梁、地下空间等抗裂防渗要求较高的钢筋混凝土工程中得到大量应用，也在钢管混凝土拱桥、超高层结构钢管柱等体积稳定性要求高的填充性混凝土工程中得到使用。根据水化产物的不同，常用的膨胀剂有硫铝酸钙型、CaO型、MgO型以及上述几种的复合等。作为一类外加剂，膨胀剂掺入后对混凝土自收缩、干燥收缩及力学性能的影响已有大量研究，并得到一些普遍共识规律。但其对混凝土徐变性能的影响研究较少，已有少量研究主要集中于硫铝酸钙型膨胀剂。

膨胀剂中的膨胀源能够通过水化反应生成钙矾石、氢氧化钙等产物，其水化产物在吸水、结晶等过程中引起体积膨胀.减缩剂则可以减小混凝土内部毛细孔内溶液的表面张力，由此降低毛细管应力，减小自收缩[1]。

2 膨胀剂对混凝土性能的影响研究

2.1 抗压强度

可以得出，膨胀剂对UHPC的抗压强度有着较大的影响，同时也会从总体上提升膨胀剂掺量的提升，促使UHPC抗压强度的增加，同时在加入大约3%的MgO膨胀剂之时，UHPC的抗压强度会有着一定提升的提升，同时在掺量提升下，抗压强度也会慢慢降低，MgO膨胀剂掺量大约为8%的UHPC其试块28d强度同基准组进行比较来说会降低大约18.75%；HCSA膨胀剂的加入，给UHPC抗压强度带来负面影响，并随着掺量提高，作用越明显。

同时一些少量的MgO膨胀剂会在内部出现微膨胀实现对孔隙进行填充，导致结构较为紧密，方便提升UHPC的强度，进而提升膨胀剂掺量，膨胀量也会提升，造成了UHPC内部拉应力的出现，造成缺陷的增加，黏结强度的减少，导致抗压强度的降低，HCSA膨胀剂早期膨胀量比较大，总体反应比较快，会同水泥争夺水分，导致水泥水化度的降低，影响到UHPC的抗压强度。

是当掺入量较低时，会因外加HCSA发生水化形成微量钙矾石，将混凝土制备中产生的内部孔隙弥合。对自收缩形成空洞起到补偿作用，有助于混凝土早期强度提高，但当掺量大幅提高后，因限制膨胀率的增大，会在混凝土内部形成膨胀损伤，相对影响后期强度。通过试验数据分析，在不影响混凝土抗压强度的情况下，综合考虑掺量经济性，建议HCSA掺入量区间设置为6%-10%[2]。

2.2 弹性模量

不掺量的钢纤维UHPC拉伸初裂前，都会处在弹性变形时期，在此阶段应力同应变之间为正比，拉伸曲线基本为直线，斜率就是抗拉弹性模量。在本文中弹性模型指的是应力应变曲线1/3最大拉应力处对应的割线弹性模量，一般都会比压缩弹模低一些，但是分析运算之时可以对其忽略不同，UHPC的弹模会随着MgO的膨胀剂掺量增加，有了一定提升后接着降低，但是HCSA对于UHPC则会一直处在负面的影响中，同时掺入等量的膨胀剂，HCSA的影响同MgO膨胀剂的影响之间比较更加明显，主要的原因是膨胀剂可以通过对基体孔隙率同界面过渡的密实度产生影响进而改变弹性模量。

2.3 抗氯离子渗透性

氯离子侵蚀会造成混凝土钢筋中钝化膜被削弱，也是造成混凝土内部钢筋出现锈蚀，耐久性逐渐减弱和失效最为重要的原因，特别是在盐碱土质或者是海洋暴露的土质环境中，此种耐久性劣化则会更加明显。从这就可以看出的MgO膨胀剂的加入，会使得混凝土内部空隙结构得到改善，结构变得紧密，氯离子扩散难度增加，进而提升混凝土抗氯离子渗透性能[3]。